基于部分互信息和贝叶斯打分函数的基因调控网络构建算法

从基因表达数据出发重构基因调控网络,可有效挖掘基因间调控关系,深层次地理解生物调控过程。传统的相关性系数模型、偏相关系数模型仅能发现基因间线性关系,而互信息和条件互信息可用于发现基因间的非线性关系,且能够处理高维低样本基因表达数据。但互信息过高估计基因间的相关性,条件互信息过低估计基因间的相关性,从而导致推断出的基因网络假阳性率和假阴性率较高,且不能推断基因调控方向。因而,基于部分互信息和贝叶斯打分函数,提出一种新的基因调控网络构建算法(命名为PMIBSF)。基于部分互信息,PMIBSF算法首先删除初始基因相关网络中的冗余关联边,然后采用贝叶斯网络互信息测试打分函数学习贝叶斯网络结构,快速构建基因调控网络。在计算机模拟网络和真实生物分子网络上,仿真实验结果表明:PMIBSF性能优于目前较流行的LP、PCalg、NARROMI和ARACNE算法,可高精度构建基因调控网络。

基于符号化部分互信息熵的多参数生物电信号的耦合分析

提出了一种新的时间序列耦合信息分析方法——基于部分互信息符号化部分互信息熵.研究表明,多参量的生物电信号各参量间具有耦合关系,使用符号化的部分互信息能够很好地对生物电信号时间序列进行分析,从而获得其耦合程度.应用该算法对生物电信号计算并进行假设检验,结果表明清醒期的生物电信号耦合程度显著高于睡眠期,证明符号化部分互信息可以用来分析时间序列间的耦合信息,而且生物电信号的耦合程度可以作为度量一个物理过程是否处于活跃状态的参数,未来可以应用于临床医学以及生物电传感器等领域.

基于部分互信息的期货市场间因果关系分析

金融体系间的诸多关系可以通过构造金融网络来体现。目前大量的研究工作表明,网路拓扑结构存储了金融系统的丰富信息。而传统的皮尔逊相关系数并不能给出金融序列间的非线性关系,格兰杰因果关系检验要求序列是平稳定的且并不能给出变量关系的因果强度。因此,给出了一种非线性因果关系的度量方法,用部分互信息(part mutual information)来度量股票之间的因果强度。采用这一方法研究了2013年1月到2018年10月在郑州期货交易所交易的6中农产品和非农产品序列(棉花CF、玻璃FG、菜籽油OI、菜籽粕、对苯二甲酸TA和强麦WH)的收益率数据,并通过构造网络来研究期货市场的因果关系。有趣的发现是,强麦和二甲酸、玻璃和二甲酸之间有很强的双向因果关系,二甲苯和棉花有弱的双向因果关系;玻璃对棉花和强麦有强因果关系,而棉花和强麦对玻璃有弱的因果关系。菜籽油对二甲苯、强麦和玻璃有单向的因果关系,棉花对强麦有单向因果关系。在整个网络中菜籽粕是一个孤立节点;网络以强麦、二甲苯和玻璃为中心。

基于差分进化策略的贝叶斯网络结构学习方法

针对目前主流的利用启发式搜索算法进行贝叶斯网络结构学习时,初始种群难以确定且容易陷入局部最优的问题,提出了基于部分互信息和改进差分进化算法相结合的混合算法。算法首先利用节点之间的部分互信息为依据构建初始种群,再将动态因子引入差分进化算法平衡了算法的全局寻优和局部搜索能力,最后对贝叶斯网络结构进行寻优。在两个标准网络Asia和Car网络中进行仿真,并与遗传算法和爬山算法进行对比,仿真结果表明算法在冗余边、缺失边、反向边以及算法的学习性能方面均有不同程度的提升,算法能够得到较好的贝叶斯网络结构,并有更高的数据拟合度。

Information Interaction Is the Fifth Type of Fundamental Interactions

Information is an integral part of the Universe. By its physical essence information is heterogeneity of matter and energy. Therefore information is inseparably connected with matter and energy. The universal measure of information in physical heterogeneity is the Shannon information entropy. An information approach along with a physical one allows to obtain new, sometimes more general data in relation to data obtained on the ground of physical rules only. The results presented in this paper show the effectiveness of informational approach for studying the interactions in the Universe. The paper shows that, along with the physical interactions the gravitational, electromagnetic, strong, weak interactions exists fifth type of fundamental interactions--information interaction, whose magnitude is not dependent on distance. The existence of information interaction is determined by the entanglement of quantum states, of quantum subsystems. The magnitude of information interaction is measured in bits.